低频测量放大器设计

低频测量放大器设计第一页，共二十八页，2022年，8月28日差模电压放大倍数

AVD＝1～500，可手动调节；最大输出电压为±10V，非线性误差<0.5％；在输入共模电压+7.5V～－7.5V范围内，共模抑制比KCMR>10^5；在AVD＝500时，输出端噪声电压的峰－峰值小于1V；通频带0～10Hz；直流电压放大器的差模输入电阻≥2MW（可不测试，由电路设计予以保证）；温度测量范围：环境温度~100℃，误差为2℃设计要求第二页，共二十八页，2022年，8月28日基本原理系统设计原理框图：温度传感器集成运放/滤波测量放大器单片机（A/D）LCD显示第三页，共二十八页，2022年，8月28日1、温度传感器模块设计方案一：使用MSP430内置的16位Sigma-Delta型ADC中的集成温度传感器。SD16模块中任一ADC选择通道6即可测量内部温度传感器的输出电压，以此获得芯片温度。当单片机处于低功耗运行时，芯片温度和环境温度近乎相等。方案二：使用WZP型铂电阻温度传感器Pt1000。其线性度相对较好，耐氧化能力很强，并且温度范围宽。第四页，共二十八页，2022年，8月28日最终方案确定：结合题目要求与测量精度和灵活度的要求，选择采用WZP型铂电阻温度传感器Pt1000。第五页，共二十八页，2022年，8月28日温度传感信号处理电路

基本的恒流源电路见图2，用铂电阻RT代替反相放大器的Rf，根据反相放大器的公式可以得到：

Vi，R1固定后，流过RT的电流恒定，Vo与RT成正比，从RT的变化可以得到相应的电压的变化，从而实现了电压输出，并且线性度保持不变。第六页，共二十八页，2022年，8月28日温度传感信号处理电路理想温度传感电路在0℃时输出电压为0V，而在图1中RT=1000.8Ω，代入式(1)得到的Vo不为0，所以需要对电压进行调零。实现的方法是在图2中的运放的同相端加一个输入电压进行调整，如图3所示。实际中还需并联降噪电容器，取值1μF，R均取。第七页，共二十八页，2022年，8月28日测量放大器电路测量放大器要求对共模信号具有强抑制能力。第八页，共二十八页，2022年，8月28日三运放差动放大电路带电压跟随器，可以获得很高的输入电阻，即在差动放大电路两个输入端各加一个电压跟随器。由图得：电阻Rp的电流：运放A1与A2输出电压之差：由上两式得：第九页，共二十八页，2022年，8月28日运放A1及A2对差模信号放大=25倍，对共模信号只起跟随作用，即将差模信号与共模信号之比提高了=24倍，从而提高了电路的共模抑制比。

采用同相输入，有利于提高输入阻抗，再加之电压跟随器具有高输入阻抗，因此输入阻抗趋于无穷，满足设计要求。电路要求：a.运放A1、A2的特性一致性。b.电阻要精密配合。第十页，共二十八页，2022年，8月28日实际电路及指标第十一页，共二十八页，2022年，8月28日后端集成放大电路

第十二页，共二十八页，2022年，8月28日第1级差模放大倍数Av1：Av1=1+R1/R2=4第2级差模放大倍数Av2：Av2=1+R6/R5=5;其中R14调为40k即后级集成运放增益为20第十三页，共二十八页，2022年，8月28日

前端测量放大器与后端集成放大器之间加入二阶低通滤波器，有如下关系：同相放大器的电压放大倍数k=1+R1/R2品质因数：截止频率：经计算各指标已在电路图上标明

第十四页，共二十八页，2022年，8月28日单片机A/D转换模块

前端加入RC滤波器，电容提供大部分电荷，R将运放输出与电容隔开，使之呈现无跳跃的阻抗。第十五页，共二十八页，2022年，8月28日单片机内部基准电压Vref=1200mV条件下，ADC数据格式设置为“有符号”时，0V对应采样值为0，Vref/2（600mV）对应ADC采样值为32767。设ADC采样值为D，输出电压为：摄氏温度=V/温度系数(3.851mV/℃),最终得：第十六页，共二十八页，2022年，8月28日直流稳压电源模块

直流稳压电源电路主要由变压部分，整流部分，滤波部分，稳压部分组成，采用的是比较常用的稳压电源电路。主要利用两个稳压芯片，LM7815及LM7915产生所需要的+-15V电压输出。由于运放需要双电源供电，因而采用双输出的变压器实现双电源的输出，运放所需要的电源为15V，所以15V输出的变压器即满足要求，对于该稳压电源的基本原理如下其电路如图所示：第十七页，共二十八页，2022年，8月28日第十八页，共二十八页，2022年，8月28日程序设计

针对MSP430编写相应的C语言程序，共有温度采集和显示两大模块，最后附加校准程序。第十九页，共二十八页，2022年，8月28日主程序Voidmain(void){inti;longintDegC;WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;FLL_CTL0|=XGAP18PF;for(i=0;i<1000;i++);//让时钟稳定SD16CTL=SD16REFON+SD16VMIDON+SD16SSEL0;//开启内部1.2V基准源，开启缓冲器，ADC时钟为SMCLK（默认1.048MHz）SD16CCTL0|=SD16SNGL+SD16DF;//单次采样，输出为有符号数SD16INCTL0|=SD16INCH_0+SD16GAIN_n;//通道0，放大n倍for(i=0;i<500;i++);//让基准电压稳定BTCTL=0;LCD_Init();第二十页，共二十八页，2022年，8月28日while(1){intVoltage;_EINT();ADC0_Flag=0;SD16CCTL0|=SD16SC;//开始采样while(ADC_Flag[0]==0)LPM0;Voltage=(int)ADC_Result[0];while((SD16CCTL0&SD16IFG)==0);DegC=((longint)Voltage*3120)/65536;//计算摄氏温度LCD_DisplayDecimal(DegC,1);//显示温度，带1位小数LCD_InsertChar(DT);//”。”LCD_InsertChar(CC);//’C’,显示：℃for(i=0;i<30000;i++);}}第二十一页，共二十八页，2022年，8月28日中断服务程序（三通道）charADC_Flag[3]={0,0,0};UnsignedintADC_Result[3];#pragmavector=SD16_VECTOR__interruptvoidSD16ISR(void){switch(SD16IV){case2:break;//SD16超量程，不处理case4:ADC_Result[0]=SD16MEM0;//ADC0ADC_Flag[0]=1;break;case6:ADC_Result[1]=SD16MEM1;//ADC1ADC1_Flag[1]=1;break;case8:ADC_Result[2]=SD16MEM2;//ADC2ADC2_Flag[2]=2;break;}__low_power_mode_off_on_exit();}第二十二页，共二十八页，2022年，8月28日LCD显示部分#defined0x01#defineg0x02#defineb0x04#definea0x08#defineDP0x10#definee0x20#definef0x40#definec0x80#defineNEG0x02constcharLCD_Tab[]={a+b+c+d+e+f,//”0”b+c,//”1”a+b+d+e+g,//”2”a+b+c+d+g,//”3”b+c+f+g,//”4”a+c+d+f+g,//”5”a+c+d+e+f+g,//”6”a+b+c,//”7”a+b+c+d+e+f+g,//”8”a+b+c+d+f+g,//”9”};第二十三页，共二十八页，2022年，8月28日#undefa#undefb#undefc#undefd#undefe#undeff#undefg第二十四页，共二十八页，2022年，8月28日voidLCD_DisplayDigit(charDigit,charLocation){charDigitSeg;char*pLCD;DigitSeg=LCD_Tab[Digit];pLCD=(char*)&LCDM1;pLCD[Location]=DigitSeg;}第二十五页，共二十八页，2022年，8月28日voidLCD_DisplayNumber(unsignedintNumber)//无效0消隐显示正整数{char*pLCD;charDispBuff[5];//有效数字拆分结果chari;pLCD=(char*)&LCDM1;for(i=0;i<5;i++)//65535最多5位数{DispBuff[i]=Number%10;Number/=10;}for(i=4;i>0;i--){if(DispBuff[i]==0)DisBuff[i]=255;elsebreak;}for(i=0;i<5;i++)//依次显示{if(DispBuff[i]==255)pLCD[i]=0;elseLCD_DisplayDigit(DispBuff[i],i);}}第二十六页，共二十八页，2022年，8月28日voidLCD_DisplayDecimal(intNumber,charDOT)//显示正、负、小数{char*pLCD=(char*)&LCDM1;charNegative=0;if(Number<0){Number=-Number;Negative=1;}LCD_DisplayNumber(Number);pLCD[DOT]|=DP;